Hoje em dia, muitas vezes você pode encontrar TVs CRT desatualizadas no lixo; com o desenvolvimento da tecnologia, elas não são mais relevantes, então agora eles estão se livrando delas. Talvez todo mundo já tenha visto na parede traseira de tal TV uma inscrição com o espírito de “Alta tensão. Não abra". E fica aí por um motivo, porque toda TV com tubo de imagem tem uma coisinha muito interessante chamada TDKS. A abreviatura significa “transformador de linha diodo-cascata”; em uma TV serve, antes de tudo, para gerar alta tensão para alimentar o tubo de imagem. Na saída de tal transformador, você pode obter uma tensão constante de até 15-20 kV. A tensão alternada da bobina de alta tensão em tal transformador é aumentada e retificada usando um multiplicador de diodo-capacitor integrado.
Os transformadores TDKS são assim:
(baixar: 581)
Geradores de alta tensão e baixa potência são amplamente utilizados na detecção de falhas, para alimentar aceleradores portáteis de partículas carregadas, tubos de raios X e catódicos, tubos fotomultiplicadores e detectores de radiação ionizante. Além disso, também são utilizados para destruição de sólidos por pulso elétrico, produção de pós ultrafinos, síntese de novos materiais, como detectores de vazamento de faíscas, para lançamento de fontes de luz de descarga de gás, em diagnóstico de descarga elétrica de materiais e produtos, obtenção de gás- fotografias de descarga usando o método S. D. Kirlian, testando a qualidade do isolamento de alta tensão. Na vida cotidiana, tais dispositivos são usados como fontes de energia para coletores eletrônicos de poeira ultrafina e radioativa, sistemas de ignição eletrônica, para lustres eletroeffluviais (lustres A.L. Chizhevsky), aeroionizadores, dispositivos médicos, isqueiros a gás, cercas elétricas, pistolas de choque elétrico, etc. .
Convencionalmente, incluímos dispositivos que geram tensões acima de 1 kV como geradores de alta tensão.
O gerador de pulsos de alta tensão usando um transformador ressonante (Fig. 11.1) é feito de acordo com o esquema clássico usando um centelhador de gás RB-3.
O capacitor C2 é carregado com uma tensão pulsante através do diodo VD1 e do resistor R1 até a tensão de ruptura do centelhador de gás. Como resultado da quebra do intervalo de gás do centelhador, o capacitor é descarregado no enrolamento primário do transformador, após o que o processo é repetido. Como resultado, pulsos amortecidos de alta tensão com amplitude de até 3...20 kV são formados na saída do transformador T1.
Para proteger o enrolamento de saída do transformador contra sobretensões, um centelhador feito em forma de eletrodos com entreferro ajustável é conectado em paralelo a ele.
Arroz. 11.1. Circuito de um gerador de pulsos de alta tensão usando um centelhador de gás
Arroz. 11.2. Circuito de um gerador de pulsos de alta tensão com duplicação de tensão
O transformador T1 do gerador de pulsos (Fig. 11.1) é feito em um núcleo de ferrite aberto M400NN-3 com diâmetro de 8 e comprimento de 100 mm. O enrolamento primário (baixa tensão) do transformador contém 20 voltas de fio MGShV de 0,75 mm com passo de enrolamento de 5...6 mm. O enrolamento secundário contém 2.400 voltas de enrolamento comum de fio PEV-2 de 0,04 mm. O enrolamento primário é enrolado no topo do enrolamento secundário através de uma junta de politetrafluoroetileno (fluoroplástico) de 2x0,05 mm. O enrolamento secundário do transformador deve ser isolado de forma confiável do primário.
Uma modalidade de um gerador de pulsos de alta tensão usando um transformador ressonante é mostrada na Fig. 11.2. Neste circuito gerador existe isolamento galvânico da rede de alimentação. A tensão da rede é fornecida ao transformador intermediário (elevador) T1. A tensão retirada do enrolamento secundário do transformador da rede é fornecida a um retificador operando segundo um circuito de duplicação de tensão.
Como resultado da operação de tal retificador, uma tensão positiva igual a V2L/„ aparece na placa superior do capacitor C2 em relação ao fio neutro, onde está a tensão no enrolamento secundário do transformador de potência.
Uma tensão correspondente de sinal oposto é formada no capacitor C1. Como resultado, a tensão nas placas do capacitor SZ será igual a 2 V2L/„.
A taxa de carga dos capacitores C1 e C2 (C1=C2) é determinada pelo valor da resistência R1.
Quando a tensão nas placas do capacitor SZ for igual à tensão de ruptura do gap de gás FV1, ocorrerá uma quebra de seu gap de gás, o capacitor SZ e, consequentemente, os capacitores C1 e C2 serão descarregados e ocorrerão oscilações amortecidas periódicas no enrolamento secundário do transformador T2. Após descarregar os capacitores e desligar o centelhador, o processo de carga e posterior descarga dos capacitores para o enrolamento primário do transformador T2 será repetido novamente.
Um gerador de alta tensão utilizado para obter fotografias em descarga de gás, bem como para coletar poeira ultrafina e radioativa (Fig. 11.3) consiste em um duplicador de tensão, um gerador de pulso de relaxamento e um transformador ressonante elevador.
O duplicador de tensão é feito utilizando diodos VD1, VD2 e capacitores C1, C2. A cadeia de carga é formada pelos capacitores C1 - C3 e pelo resistor R1. Um centelhador a gás de 350 V é conectado em paralelo aos capacitores C1 - SZ com o enrolamento primário do transformador elevador T1 conectado em série.
Assim que o nível de tensão CC nos capacitores C1 - SZ excede a tensão de ruptura do centelhador, os capacitores são descarregados através do enrolamento do transformador elevador e, como resultado, um pulso de alta tensão é formado. Os elementos do circuito são selecionados de modo que a frequência de formação de pulso seja de cerca de 1 Hz. O capacitor C4 foi projetado para proteger o terminal de saída do dispositivo da tensão da rede elétrica.
A tensão de saída do dispositivo é inteiramente determinada pelas propriedades do transformador utilizado e pode chegar a 15 kV. Transformador de alta tensão para saída
Arroz. 11.3. Circuito de um gerador de pulsos de alta tensão usando um centelhador de gás ou dinistores
tensão da ordem de ^0 kV é feita em um tubo dielétrico com diâmetro externo de 8 e comprimento de 150 mm; um eletrodo de cobre com diâmetro de 1,5 mm está localizado em seu interior. O enrolamento secundário contém 3...4 mil voltas de fio PELSHO 0,12, enrolado volta a volta em 10...13 camadas (largura do enrolamento 70 mm) e impregnado com cola EF-2 com isolamento intercamada de politetrafluoretileno. O enrolamento primário contém 20 voltas de fio PEV 0,75 passadas através de uma cambraia de cloreto de polivinila.
Como tal transformador, você também pode usar um transformador de saída de varredura horizontal modificado de uma TV; transformadores para isqueiros eletrônicos, lâmpadas de flash, bobinas de ignição, etc.
O descarregador de gás R-350 pode ser substituído por uma cadeia comutável de dinistores do tipo KN102 (Fig. 11.3, à direita), o que permitirá que a tensão de saída seja alterada gradativamente. Para distribuir uniformemente a tensão entre os dinistores, resistores do mesmo valor com resistência de 300...510 kOhm são conectados em paralelo a cada um deles.
Uma variante do circuito de um gerador de alta tensão usando um dispositivo cheio de gás - um tiratron - como elemento de comutação de limite é mostrada na Fig. 11.4.
A tensão da rede é retificada pelo diodo VD1. A tensão retificada é suavizada pelo capacitor C1 e fornecida ao circuito de carga R1, C2. Assim que a tensão no capacitor C2 atingir a tensão de ignição do tiratron VL1, ele
Arroz. 11.4. Circuito gerador de pulso de alta tensão usando um tiratron
inflama. O capacitor C2 é descarregado através do enrolamento primário do transformador T1, o tiratron apaga, o capacitor começa a carregar novamente, etc.
Uma bobina de ignição de automóvel é usada como transformador T1.
Em vez do tiratron VL1 MTX-90, você pode incluir um ou mais dinistores do tipo KN102. A amplitude da tensão pode ser ajustada pelo número de dinistores ligados.
O projeto de um conversor de alta tensão usando uma chave tiratron é descrito no trabalho. Observe que outros tipos de dispositivos cheios de gás podem ser usados para descarregar um capacitor.
Mais promissor é o uso de dispositivos de comutação semicondutores em geradores modernos de alta tensão. Suas vantagens são claramente expressas: alta repetibilidade de parâmetros, menor custo e dimensões, alta confiabilidade.
A seguir consideraremos geradores de pulsos de alta tensão usando dispositivos de comutação semicondutores (dinistores, tiristores, transistores bipolares e de efeito de campo).
Um análogo completamente equivalente, mas de baixa corrente, dos descarregadores de gás são os dinistores.
Na Fig. A Figura 11.5 mostra o circuito elétrico de um gerador feito com dinistores. A estrutura do gerador é completamente semelhante às descritas anteriormente (Fig. 11.1, 11.4). A principal diferença é a substituição do descarregador de gás por uma cadeia de dinistores conectados em série.
Arroz. 11.5. Circuito de um gerador de pulsos de alta tensão usando dinistores
Arroz. 11.6. Circuito de um gerador de pulsos de alta tensão com ponte retificadora
Deve-se notar que a eficiência de tais correntes analógicas e comutadas é visivelmente menor do que a do protótipo, no entanto, os dinistores são mais acessíveis e mais duráveis.
Uma versão um tanto complicada do gerador de pulsos de alta tensão é mostrada na Fig. 11.6. A tensão da rede é fornecida à ponte retificadora por meio dos diodos VD1 - VD4. A tensão retificada é suavizada pelo capacitor C1. Este capacitor gera uma tensão constante de cerca de 300 V, que é utilizada para alimentar um gerador de relaxação composto pelos elementos R3, C2, VD5 e VD6. Sua carga é o enrolamento primário do transformador T1. Pulsos com amplitude de aproximadamente 5 kBv\ frequência de repetição de até 800 Hz são removidos do enrolamento secundário.
A cadeia de dinistores deve ser projetada para uma tensão de comutação de cerca de 200 V. Aqui você pode usar dinistores do tipo KN102 ou D228. Deve-se levar em consideração que a tensão de comutação dos dinistores do tipo KN102A, D228A é de 20 V; KN102B, D228B - 28V; KN102V, D228V - 40V;
KN102G, D228G - 56V; KN102D, D228D - 80 V; KN102E - 75 V; KN102Zh, D228Zh - 120 V; KN102I, D228I - 150 V.
Como transformador T1 nos dispositivos acima, pode ser usado um transformador de linha modificado de uma TV preto e branco. Seu enrolamento de alta tensão é deixado, o resto é removido e um enrolamento de baixa tensão (primário) é enrolado - 15...30 voltas de fio PEV com diâmetro de 0,5...0,8 mm.
Ao escolher o número de voltas do enrolamento primário, deve-se levar em consideração o número de voltas do enrolamento secundário. Também é necessário ter em mente que o valor da tensão de saída do gerador de pulsos de alta tensão depende mais do ajuste dos circuitos do transformador à ressonância e não da relação entre o número de voltas dos enrolamentos.
As características de alguns tipos de transformadores de televisão de varredura horizontal são apresentadas na tabela 11.1.
Tabela 11.1. Parâmetros de enrolamentos de alta tensão de transformadores de televisão horizontais unificados
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Tipo de transformador |
Número de voltas |
Enrolamentos R, Ohm |
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TVS-A, TVS-B |
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TVS-110, TVS-110M |
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Tipo de transformador |
Número de voltas |
Enrolamentos R, Oi |
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TVS-90LTs2, TVS-90LTs2-1 |
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TVS-110PTs15 |
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TVS-110PTs16, TVS-11RPTs18 |
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Arroz. 11.7. Circuito elétrico de um gerador de pulsos de alta tensão
Na Fig. A Figura 11.7 mostra um diagrama de um gerador de pulsos de alta tensão de dois estágios publicado em um dos sites, no qual um tiristor é usado como elemento de comutação. Por sua vez, um dispositivo de descarga de gás - uma lâmpada neon (cadeia HL1, HL2) foi escolhido como elemento limite que determina a frequência de repetição dos pulsos de alta tensão e aciona o tiristor.
Quando a tensão de alimentação é aplicada, o gerador de pulsos, feito com base no transistor VT1 (2N2219A - KT630G), produz uma tensão de cerca de 150 V. Esta tensão é retificada pelo diodo VD1 e carrega o capacitor C2.
Após a tensão no capacitor C2 preceder a tensão de ignição das lâmpadas neon HL1, HL2, o capacitor será descarregado através do resistor limitador de corrente R2 para o eletrodo de controle do tiristor VS1, e o tiristor será desbloqueado. A corrente de descarga do capacitor C2 criará oscilações elétricas no enrolamento primário do transformador 12.
A tensão de comutação do tiristor pode ser ajustada selecionando lâmpadas neon com diferentes tensões de ignição. Você pode alterar a tensão de ativação do tiristor passo a passo, alternando o número de lâmpadas neon conectadas em série (ou dinistores substituindo-as).
Arroz. 11.8. Diagrama de processos elétricos em eletrodos de dispositivos semicondutores (Fig. 11.7)
O diagrama de tensão na base do transistor VT1 e no ânodo do tiristor é mostrado na Fig. 11.8. Conforme segue nos diagramas apresentados, os pulsos do gerador de bloqueio têm duração de aproximadamente 8 ms. O capacitor C2 é carregado exponencialmente de acordo com a ação dos pulsos retirados do enrolamento secundário do transformador T1.
Pulsos com tensão de aproximadamente 4,5 kV são formados na saída do gerador. O transformador de saída para amplificadores de baixa frequência é usado como transformador T1. Como transformador de alta tensão T2, foi utilizado um transformador de flash fotográfico ou um transformador de televisão de varredura horizontal reciclado (veja acima).
O diagrama de outra versão do gerador usando uma lâmpada neon como elemento limite é mostrado na Fig. 11.9.
Arroz. 11.9. Circuito elétrico de um gerador com elemento limite em uma lâmpada de néon
O gerador de relaxamento nele é feito nos elementos R1, VD1, C1, HL1, VS1. Opera com semiciclos positivos da tensão da rede, quando o capacitor 01 é carregado com a tensão de comutação do elemento limite da lâmpada neon HL1 e do tiristor VS1. O diodo VD2 amortece os pulsos de autoindução do enrolamento primário do transformador elevador T1 e permite ajustar a tensão de saída do gerador. A tensão de saída atinge 9 kV. A lâmpada neon também serve como indicador de que o aparelho está conectado à rede.
O transformador de alta tensão é enrolado em um pedaço de haste com diâmetro de 8 e comprimento de 60 mm feito de ferrite M400NN. Primeiro é colocado o enrolamento primário - 30 voltas de fio PELSHO 0,38, e depois o enrolamento secundário - 5.500 voltas de fio PELSHO 0,05 ou diâmetro maior. Entre os enrolamentos e a cada 800...1000 voltas do enrolamento secundário, é colocada uma camada isolante de fita isolante de cloreto de polivinila.
No gerador, é possível introduzir um ajuste discreto de vários estágios da tensão de saída, trocando lâmpadas de néon ou dinistores em um circuito em série (Fig. 11.10). Na primeira versão são fornecidos dois estágios de regulação, na segunda - até dez ou mais (quando se utilizam dinistores KN102A com tensão de comutação de 20 V).
Arroz. 11.10. Circuito elétrico do elemento limite
Arroz. 11.11. Circuito elétrico de um gerador de alta tensão com elemento limite de diodo
Um simples gerador de alta tensão (Fig. 11.11) permite obter pulsos de saída com amplitude de até 10.
O elemento de controle do dispositivo muda com uma frequência de 50 Hz (em meia onda da tensão da rede). O diodo VD1 D219A Shch220, D223) operando em polarização reversa no modo de ruptura de avalanche foi usado como elemento de limite.
Quando a tensão de ruptura da avalanche na junção semicondutora do diodo excede a tensão de ruptura da avalanche, o diodo transita para um estado condutor. A tensão do capacitor carregado C2 é aplicada ao eletrodo de controle do tiristor VS1. Após ligar o tiristor, o capacitor C2 é descarregado no enrolamento do transformador T1.
O transformador T1 não possui núcleo. É fabricado em bobina com diâmetro de 8 mm em polimetilmetacrilato ou politetracloroetileno e contém três seções espaçadas de 9 mm de largura. O enrolamento elevador contém 3×1000 voltas, enrolado com fio PET, PEV-2 0,12 mm. Após o enrolamento, o enrolamento deve ser embebido em parafina. 2 a 3 camadas de isolamento são aplicadas sobre a parafina, após as quais o enrolamento primário é enrolado - 3 × 10 voltas de fio PEV-2 de 0,45 mm.
O tiristor VS1 pode ser substituído por outro para tensão superior a 150 V. O diodo avalanche pode ser substituído por uma cadeia de dinistores (Fig. 11.10, 11.11 abaixo).
O circuito de uma fonte portátil de pulso de alta tensão de baixa potência com alimentação autônoma de um elemento galvânico (Fig. 11.12) consiste em dois geradores. O primeiro é construído em dois transistores de baixa potência, o segundo em um tiristor e um dinistor.
Arroz. 11.12. Circuito gerador de tensão com fonte de alimentação de baixa tensão e elemento chave tiristor-dinistor
Uma cascata de transistores de diferentes condutividades converte tensão direta de baixa tensão em tensão pulsada de alta tensão. A cadeia de temporização neste gerador são os elementos C1 e R1. Quando a energia é ligada, o transistor VT1 abre e a queda de tensão em seu coletor abre o transistor VT2. O capacitor C1, carregando através do resistor R1, reduz tanto a corrente de base do transistor VT2 que o transistor VT1 sai da saturação, e isso leva ao fechamento do VT2. Os transistores ficarão fechados até que o capacitor C1 seja descarregado através do enrolamento primário do transformador T1.
O aumento da tensão de pulso removida do enrolamento secundário do transformador T1 é retificada pelo diodo VD1 e fornecida ao capacitor C2 do segundo gerador com tiristor VS1 e dinistor VD2. Em cada semiciclo positivo, o capacitor de armazenamento C2 é carregado com um valor de tensão de amplitude igual à tensão de comutação do dinistor VD2, ou seja, até 56 V (tensão nominal de desbloqueio de pulso para dinistor tipo KN102G).
A transição do dinistor para o estado aberto afeta o circuito de controle do tiristor VS1, que por sua vez também abre. O capacitor C2 é descarregado através do tiristor e do enrolamento primário do transformador T2, após o qual o dinistor e o tiristor fecham novamente e a próxima carga do capacitor começa - o ciclo de comutação é repetido.
Pulsos com amplitude de vários quilovolts são removidos do enrolamento secundário do transformador T2. A frequência das descargas de faíscas é de aproximadamente 20 Hz, mas é muito menor que a frequência dos pulsos retirados do enrolamento secundário do transformador T1. Isso acontece porque o capacitor C2 é carregado na tensão de comutação do dinistor não em um, mas em vários semiciclos positivos. O valor da capacitância deste capacitor determina a potência e a duração dos pulsos de descarga de saída. O valor médio da corrente de descarga que é seguro para o dinistor e o eletrodo de controle do tiristor é selecionado com base na capacitância deste capacitor e na magnitude da tensão de pulso que alimenta a cascata. Para fazer isso, a capacitância do capacitor C2 deve ser de aproximadamente 1 µF.
O transformador T1 é feito em um núcleo magnético de ferrite anelar do tipo K10x6x5. Possui 540 voltas de fio PEV-2 0,1 com tomada aterrada após a 20ª volta. O início de seu enrolamento é conectado ao transistor VT2, o final ao diodo VD1. O transformador T2 é enrolado em uma bobina com núcleo de ferrite ou permalloy com diâmetro de 10 mm e comprimento de 30 mm. Uma bobina com diâmetro externo de 30 mm e largura de 10 mm é enrolada com fio PEV-2 de 0,1 mm até que a moldura esteja completamente preenchida. Antes de terminar o enrolamento, é feita uma derivação aterrada e a última fileira de fio de 30...40 voltas é enrolada para virar sobre uma camada isolante de tecido envernizado.
O transformador T2 deve ser impregnado com verniz isolante ou cola BF-2 durante o enrolamento e depois bem seco.
Em vez de VT1 e VT2, você pode usar qualquer transistor de baixa potência capaz de operar em modo pulsado. O tiristor KU101E pode ser substituído pelo KU101G. Fonte de energia - células galvânicas com tensão não superior a 1,5 V, por exemplo, 312, 314, 316, 326, 336, 343, 373 ou baterias de disco de níquel-cádmio tipo D-0,26D, D-0,55S e assim por diante sobre.
Um gerador tiristor de pulsos de alta tensão alimentado pela rede elétrica é mostrado na Fig. 11.13.
Arroz. 11.13. Circuito elétrico de um gerador de pulsos de alta tensão com dispositivo de armazenamento de energia capacitivo e chave baseada em tiristor
Durante o meio ciclo positivo da tensão da rede, o capacitor C1 é carregado através do resistor R1, do diodo VD1 e do enrolamento primário do transformador T1. O tiristor VS1 está fechado neste caso, uma vez que não há corrente através do seu eletrodo de controle (a queda de tensão no diodo VD2 na direção direta é pequena comparada à tensão necessária para abrir o tiristor).
Durante um semiciclo negativo, os diodos VD1 e VD2 fecham. Uma queda de tensão é formada no cátodo do tiristor em relação ao eletrodo de controle (menos - no cátodo, mais - no eletrodo de controle), uma corrente aparece no circuito do eletrodo de controle e o tiristor abre. Neste momento, o capacitor C1 é descarregado através do enrolamento primário do transformador. Um pulso de alta tensão aparece no enrolamento secundário. E assim - cada período de tensão da rede elétrica.
Na saída do dispositivo são formados pulsos bipolares de alta tensão (pois quando o capacitor é descarregado, ocorrem oscilações amortecidas no circuito do enrolamento primário).
O resistor R1 pode ser composto por três resistores MLT-2 conectados em paralelo com resistência de 3 kOhm.
Os diodos VD1 e VD2 devem ser projetados para uma corrente de pelo menos 300 mA e uma tensão reversa de pelo menos 400 V (VD1) e 100 V (VD2). Capacitor C1 tipo MBM para tensão de pelo menos 400 V. Sua capacidade - frações de alguns microfarads - é selecionada experimentalmente. Tiristor VS1 tipo KU201K, KU201L, KU202K - KU202N. Transformador T1 - bobina de ignição B2B (6 B) de motocicleta ou carro.
O dispositivo pode usar um transformador de televisão de varredura horizontal TVS-110L6, TVS-110LA, TVS-110AM.
Um circuito bastante típico de um gerador de pulsos de alta tensão com um dispositivo capacitivo de armazenamento de energia é mostrado na Fig. 11.14.
Arroz. 11.14. Esquema de um gerador de pulsos de alta tensão tiristorizado com armazenamento de energia capacitivo
O gerador contém um capacitor de extinção C1, uma ponte retificadora de diodo VD1 - VD4, uma chave tiristor VS1 e um circuito de controle. Quando o dispositivo é ligado, os capacitores C2 e S3 estão carregados, o tiristor VS1 ainda está fechado e não conduz corrente. A tensão máxima no capacitor C2 é limitada pelo diodo zener VD5 com um valor de 9 V. Durante o carregamento do capacitor C2 através do resistor R2, a tensão no potenciômetro R3 e, consequentemente, na transição de controle do tiristor VS1 aumenta para um certo valor, após o qual o tiristor muda para um estado condutor, e o capacitor SZ através do tiristor VS1 é descarregado através do enrolamento primário (baixa tensão) do transformador T1, gerando um pulso de alta tensão. Depois disso, o tiristor fecha e o processo recomeça. O potenciômetro R3 define o limite de resposta do tiristor VS1.
A taxa de repetição do pulso é de 100 Hz. Uma bobina de ignição de automóvel pode ser usada como transformador de alta tensão. Neste caso, a tensão de saída do dispositivo atingirá 30...35 kV. O gerador tiristor de pulsos de alta tensão (Fig. 11.15) é controlado por pulsos de tensão retirados de um gerador de relaxamento feito no dinistor VD1. A frequência de operação do gerador de pulsos de controle (15...25 Hz) é determinada pelo valor da resistência R2 e pela capacitância do capacitor C1.
Arroz. 11h15. Circuito elétrico de um gerador de pulsos de alta tensão tiristorizado com controle de pulso
O gerador de relaxamento é conectado à chave tiristorizada através de um transformador de pulso T1 tipo MIT-4. Um transformador de alta frequência do aparelho de darsonvalização Iskra-2 é usado como transformador de saída T2. A tensão na saída do dispositivo pode atingir 20...25 kV.
Na Fig. A Figura 11.16 mostra uma opção para fornecer pulsos de controle ao tiristor VS1.
O conversor de tensão (Fig. 11.17), desenvolvido na Bulgária, contém dois estágios. Na primeira delas, a carga do elemento chave, feita no transistor VT1, é o enrolamento do transformador T1. Pulsos de controle retangulares ligam/desligam periodicamente a chave do transistor VT1, conectando/desconectando assim o enrolamento primário do transformador.
Arroz. 11.16. Opção de controle de chave tiristor
Arroz. 11.17. Circuito elétrico de um gerador de pulsos de alta tensão de dois estágios
Um aumento de tensão é induzido no enrolamento secundário, proporcional à relação de transformação. Esta tensão é retificada pelo diodo VD1 e carrega o capacitor C2, que está conectado ao enrolamento primário (baixa tensão) do transformador de alta tensão T2 e ao tiristor VS1. A operação do tiristor é controlada por pulsos de tensão retirados do enrolamento adicional do transformador T1 através de uma cadeia de elementos que corrigem a forma do pulso.
Como resultado, o tiristor liga/desliga periodicamente. O capacitor C2 é descarregado no enrolamento primário do transformador de alta tensão.
Gerador de pulsos de alta tensão, Fig. 11.18, contém um gerador baseado em um transistor unijunção como elemento de controle.
A tensão da rede é retificada pela ponte de diodos VD1 - VD4. Suaviza as ondulações de tensão retificadas
Arroz. 11.18. Circuito de gerador de pulsos de alta tensão com elemento de controle baseado em transistor unijunção
capacitor C1, a corrente de carga do capacitor no momento em que o dispositivo é conectado à rede é limitada pelo resistor R1. Através do resistor R4, o capacitor S3 é carregado. Ao mesmo tempo, um gerador de pulsos baseado em um transistor unijunção VT1 entra em operação. Seu capacitor de “gatilho” C2 é carregado através dos resistores R3 e R6 de um estabilizador paramétrico (resistor de lastro R2 e diodos zener VD5, VD6). Assim que a tensão no capacitor 02 atinge um determinado valor, o transistor VT1 comuta e um pulso de abertura é enviado para a transição de controle do tiristor VS1.
O capacitor 03 é descarregado através do tiristor VS1 para o enrolamento primário do transformador T1. Um pulso de alta tensão é formado em seu enrolamento secundário. A taxa de repetição desses pulsos é determinada pela frequência do gerador, que, por sua vez, depende dos parâmetros do circuito R3, R6 e 02. O resistor de sintonia R6 pode alterar a tensão de saída do gerador em aproximadamente 1,5 vezes. Neste caso, a frequência de pulso é regulada na faixa de 250...1000 Hz. Além disso, a tensão de saída muda ao selecionar o resistor R4 (variando de 5 a 30 kOhm.
Aconselha-se a utilização de capacitores de papel (01 e 03 - para tensão nominal de no mínimo 400 V); A ponte de diodos deve ser projetada para a mesma tensão. Em vez do indicado no diagrama, você pode usar o tiristor T10-50 ou, em casos extremos, KU202N. Os diodos Zener VD5, VD6 devem fornecer uma tensão total de estabilização de cerca de 18 V.
O transformador é feito com base no TVS-110P2 de TVs preto e branco. Todos os enrolamentos primários são removidos e 70 voltas de fio PEL ou PEV com diâmetro de 0,5...0,8 mm são enroladas no espaço vazio.
Circuito elétrico de um gerador de pulsos de alta tensão, Fig. 11.19, consiste em um multiplicador de tensão diodo-capacitor (diodos VD1, VD2, capacitores C1 - C4). Sua saída produz uma tensão constante de aproximadamente 600 V.
Arroz. 11.19. Circuito de um gerador de pulsos de alta tensão com um duplicador de tensão de rede e um gerador de pulsos de disparo baseado em um transistor unijunção
Um transistor unijunção VT1 tipo KT117A é usado como elemento limite do dispositivo. A tensão em uma de suas bases é estabilizada por um estabilizador paramétrico baseado em um diodo zener VD3 do tipo KS515A (tensão de estabilização 15 V). Através do resistor R4, o capacitor C5 é carregado, e quando a tensão no eletrodo de controle do transistor VT1 excede a tensão em sua base, o VT1 muda para um estado condutor e o capacitor C5 é descarregado no eletrodo de controle do tiristor VS1.
Quando o tiristor é ligado, o circuito de capacitores C1 - C4, carregado com uma tensão de cerca de 600...620 V, é descarregado no enrolamento de baixa tensão do transformador elevador T1. Depois disso, o tiristor desliga, os processos de carga e descarga são repetidos com frequência determinada pela constante R4C5. O resistor R2 limita a corrente de curto-circuito quando o tiristor é ligado e ao mesmo tempo é um elemento do circuito de carga dos capacitores C1 - C4.
O circuito conversor (Fig. 11.20) e sua versão simplificada (Fig. 11.21) é dividido nos seguintes componentes: filtro de supressão de rede (filtro de interferência); regulador eletrônico; transformador de alta tensão.
Arroz. 11h20. Circuito elétrico de um gerador de alta tensão com protetor contra surtos
Arroz. 21/11. Circuito elétrico de um gerador de alta tensão com protetor contra surtos
Esquema na Fig. 11.20 funciona da seguinte maneira. O capacitor SZ é carregado através do diodo retificador VD1 e do resistor R2 até o valor de amplitude da tensão da rede (310 V). Esta tensão passa pelo enrolamento primário do transformador T1 até o ânodo do tiristor VS1. Ao longo do outro ramo (R1, VD2 e C2), o capacitor C2 é carregado lentamente. Quando, durante o seu carregamento, a tensão de ruptura do dinistor VD4 é atingida (dentro de 25...35 V), o capacitor C2 é descarregado através do eletrodo de controle do tiristor VS1 e o abre.
O capacitor SZ é descarregado quase instantaneamente através do tiristor aberto VS1 e do enrolamento primário do transformador
T1. A mudança de corrente pulsada induz uma alta tensão no enrolamento secundário T1, cuja magnitude pode exceder 10 kV. Após a descarga do capacitor SZ, o tiristor VS1 fecha e o processo se repete.
Um transformador de televisão é usado como transformador de alta tensão, do qual o enrolamento primário é removido. Para o novo enrolamento primário, é utilizado um fio de enrolamento com diâmetro de 0,8 mm. Número de voltas - 25.
Para a fabricação de indutores de filtro de barreira L1, L2, núcleos de ferrite de alta frequência são mais adequados, por exemplo, 600NN com diâmetro de 8 mm e comprimento de 20 mm, cada um com aproximadamente 20 voltas de fio enrolado com diâmetro de 0,6 ...0,8 mm.
Arroz. 11.22. Circuito elétrico de um gerador de alta tensão de dois estágios com elemento de controle de transistor de efeito de campo
Um gerador de alta tensão de dois estágios (autor - Andres Estaban de la Plaza) contém um gerador de pulso transformador, um retificador, um circuito RC de temporização, um elemento chave em um tiristor (triac), um transformador ressonante de alta tensão e um tiristor circuito de controle de operação (Fig. 11.22).
Um análogo do transistor TIP41 é o KT819A.
Um conversor de tensão de transformador de baixa tensão com feedback cruzado, montado nos transistores VT1 e VT2, produz pulsos com frequência de repetição de 850 Hz. Para facilitar a operação quando grandes correntes fluem, os transistores VT1 e VT2 são instalados em radiadores de cobre ou alumínio.
A tensão de saída retirada do enrolamento secundário do transformador T1 do conversor de baixa tensão é retificada pela ponte de diodos VD1 - VD4 e carrega os capacitores S3 e C4 através do resistor R5.
O limite de comutação do tiristor é controlado por um regulador de tensão, que inclui um transistor de efeito de campo VT3.
Além disso, a operação do conversor não difere significativamente dos processos descritos anteriormente: a carga/descarga periódica dos capacitores ocorre no enrolamento de baixa tensão do transformador e são geradas oscilações elétricas amortecidas. A tensão de saída do conversor, quando utilizado na saída como transformador elevador de uma bobina de ignição de um carro, atinge 40...60 kV em uma frequência de ressonância de aproximadamente 5 kHz.
O transformador T1 (transformador de varredura horizontal de saída) contém 2×50 voltas de fio com diâmetro de 1,0 mm, enrolado bifilarmente. O enrolamento secundário contém 1000 voltas com diâmetro de 0,20...0,32 mm.
Observe que os modernos transistores bipolares e de efeito de campo podem ser usados como elementos-chave controlados.
Gerador de bloqueio de alta tensão (fonte de alimentação de alta tensão) para experimentos - você pode comprá-lo na Internet ou fazer você mesmo. Para fazer isso, não precisamos de muitas peças e da capacidade de trabalhar com um ferro de soldar.
Para montá-lo você precisa de:
1. Transformador de varredura de linha TVS-110L, TVS-110PTs15 de TVs de tubo preto e branco e coloridas (qualquer scanner de linha)
2. 1 ou 2 capacitores 16-50V - 2000-2200pF
3. 2 resistores de 27 Ohm e 270-240 Ohm
4. 1-Transistor 2T808A KT808 KT808A ou características semelhantes. + bom radiador para refrigeração
5. Fios
6. Ferro de soldar
7. Braços retos
E então pegamos o liner, desmontamos com cuidado, deixamos o enrolamento secundário de alta tensão, composto por muitas voltas de fio fino, um núcleo de ferrite. Enrolamos nossos enrolamentos com fio de cobre esmaltado no segundo lado livre do núcleo de ferite, tendo previamente feito um tubo ao redor do ferite de papelão grosso.
Primeiro: 5 voltas com aproximadamente 1,5-1,7 mm de diâmetro
Segundo: 3 voltas com aproximadamente 1,1 mm de diâmetro
Em geral, a espessura e o número de voltas podem variar. Eu fiz o que estava em mãos.
Resistores e um par de poderosos transistores bipolares npn - KT808a e 2t808a - foram encontrados no armário. Ele não queria fazer um radiador - por causa do grande tamanho do transistor, embora a experiência posterior tenha mostrado que um radiador grande é definitivamente necessário.
Para alimentar tudo isso, escolhi um transformador de 12V, que também pode ser alimentado por uma bateria normal de 12 volts 7A. de um UPS (para aumentar a tensão de saída você pode fornecer não 12 volts, mas, por exemplo, 40 volts, mas aqui você já precisa pensar em um bom resfriamento do transe, e as voltas do enrolamento primário podem ser feitas não 5 -3 mas 7-5 por exemplo).
Se for usar um transformador, você vai precisar de uma ponte de diodos para retificar a corrente de CA para CC, a ponte de diodos pode ser encontrada na fonte de alimentação do computador, você também pode encontrar capacitores e resistores + fios lá.
Como resultado, obtemos uma saída de 9 a 10 kV.
Coloquei toda a estrutura na caixa da PSU. Acabou sendo bastante compacto.
Assim, temos um gerador de bloqueio de alta tensão que nos dá a oportunidade de realizar experimentos e operar o transformador Tesla.
Neste artigo você aprenderá como obter alta tensão e alta frequência com suas próprias mãos. O custo de toda a estrutura não excede 500 rublos, com um mínimo de custos trabalhistas.
Para fazer isso, você precisará de apenas 2 coisas: - uma lâmpada economizadora de energia (o principal é que haja um circuito de reator funcionando) e um transformador de linha de TV, monitor e outros equipamentos CRT.
Lâmpadas economizadoras de energia (nome correto: lâmpada fluorescente compacta) já estão firmemente estabelecidos em nossa vida cotidiana, então acho que não será difícil encontrar uma lâmpada com uma lâmpada que não funcione, mas com um circuito de reator funcionando.
O reator eletrônico CFL gera pulsos de tensão de alta frequência (geralmente 20-120 kHz) que alimentam um pequeno transformador elevador, etc. a lâmpada acende. Os reatores modernos são muito compactos e cabem facilmente na base do soquete E27.
O reator da lâmpada produz tensão de até 1000 Volts. Se você conectar um transformador de linha em vez de uma lâmpada, poderá obter efeitos surpreendentes.
Blocos no diagrama:
1 - retificador. Ele converte tensão alternada em tensão contínua.
2 - transistores conectados de acordo com o circuito push-pull (push-pull).
3 - transformador toroidal
4 - circuito ressonante de capacitor e indutor para criar alta tensão
5 - lâmpada fluorescente, que substituiremos por liner
As lâmpadas fluorescentes compactas são produzidas em uma ampla variedade de potências, tamanhos e formatos. Quanto maior a potência da lâmpada, maior será a tensão aplicada ao bulbo da lâmpada. Neste artigo usei uma lâmpada fluorescente compacta de 65 Watts.
A maioria das lâmpadas fluorescentes compactas tem o mesmo tipo de projeto de circuito. E todos possuem 4 pinos para conectar uma lâmpada fluorescente. Será necessário conectar a saída do reator ao enrolamento primário do transformador de linha.
Os forros também vêm em diferentes tamanhos e formatos.
O principal problema ao conectar um leitor de linha é encontrar os 3 pinos que precisamos entre os 10-20 que eles normalmente possuem. Um terminal é comum e alguns outros terminais são o enrolamento primário, que se agarrará ao reator CFL.
Se você encontrar a documentação do liner ou um diagrama do equipamento onde ele estava, sua tarefa será significativamente mais fácil.
Atenção! O revestimento pode conter tensão residual, portanto, certifique-se de descarregá-lo antes de trabalhar com ele.
Na foto acima você pode ver o aparelho em funcionamento.
E lembre-se que esta é uma tensão constante. O alfinete vermelho grosso é uma vantagem. Se você precisar de tensão alternada, precisará remover o diodo da camisa ou encontrar um antigo sem diodo.
Quando montei meu primeiro circuito de alta tensão, ele funcionou imediatamente. Então usei o reator de uma lâmpada de 26 watts.
Eu imediatamente quis mais.
Peguei um reator mais potente de uma CFL e repeti exatamente o primeiro circuito. Mas o esquema não funcionou. Achei que o lastro tinha queimado. Reconectei as lâmpadas e liguei-as. A lâmpada acendeu. Isso significa que não era uma questão de lastro – estava funcionando.
Depois de pensar um pouco, cheguei à conclusão de que a eletrônica do reator deveria determinar o filamento da lâmpada. E usei apenas 2 terminais externos na lâmpada, e deixei os internos “no ar”. Portanto, coloquei um resistor entre os terminais do reator externo e interno. Liguei e o circuito começou a funcionar, mas o resistor queimou rapidamente.
Decidi usar um capacitor em vez de um resistor. O fato é que um capacitor passa apenas corrente alternada, enquanto um resistor passa tanto corrente alternada quanto corrente contínua. Além disso, o capacitor não aqueceu, porque deu pouca resistência ao caminho AC.
O capacitor funcionou muito bem! O arco acabou sendo muito grande e grosso!
Portanto, se o seu circuito não funcionar, provavelmente há 2 motivos:
1. Algo estava conectado incorretamente, seja no lado do reator ou no lado do transformador de linha.
2. A eletrônica do reator está ligada ao trabalho com o filamento, e desde Se não estiver lá, um capacitor ajudará a substituí-lo.
Não é difícil montar um gerador de alta tensão em casa, neste artigo veremos um circuito auto-oscilador simples, cujas características distintivas são a simplicidade e a alta potência de saída.
Um autooscilador é um sistema autoexcitante com feedback, que por sua vez garante a manutenção das oscilações. Em tal sistema, a frequência e a forma das oscilações são determinadas pelas propriedades do próprio sistema e não são especificadas por parâmetros externos.
O diagrama do dispositivo é apresentado abaixo: 
O dispositivo é um conversor autogerado push-pull. Os transistores de efeito de campo VT1, VT2 são ligados alternadamente, por exemplo, se o transistor VT1 estiver ligado, a tensão em seu dreno diminui, o diodo VD4 abre, assim a tensão na porta do transistor VT2 diminui, impedindo sua abertura. Os diodos de proteção VD2, VD3 protegem as portas dos transistores contra sobretensão. A forma dos pulsos no transformador T1 é próxima de sinusoidal.
O elemento principal do circuito é o transformador de alta tensão T1. Os transformadores lineares (TVS) de TVs de tubo preto e branco de fabricação soviética são os mais adequados. O núcleo magnético de tais transformadores é de ferrite e consiste em duas partes em forma de U. O enrolamento secundário de alta tensão é feito na forma de uma bobina plástica sólida, geralmente localizada separadamente do bloco de enrolamentos primários. Usei um núcleo magnético de um transformador de linha TVS-110L4 (permeabilidade magnética 3000NM) e removi o enrolamento de alta tensão de um transformador TVS-110LA. O enrolamento primário original deve ser desmontado e um novo enrolado em fio de cobre esmaltado com diâmetro de 2 mm, num total de 12 voltas com torneira do meio (6+6). Durante a montagem, entre as partes em forma de U do circuito magnético, na junção, é necessário colocar espaçadores de papelão, com aproximadamente 0,5 mm de espessura, para reduzir a saturação do circuito magnético.
O indutor L1 é enrolado em um núcleo magnético de ferrite em forma de W, 40-60 voltas de fio de cobre esmaltado com diâmetro de 1,5 mm, uma junta de 0,5 mm de espessura é colocada entre as juntas do núcleo magnético. Anéis de ferrite ou a parte em forma de U do circuito magnético de um transformador horizontal podem ser usados como núcleo.
O capacitor C3 consiste em 6 capacitores conectados em paralelo da marca K78-2 0,1 μm x 1000V, eles são adequados para operação em circuitos de alta frequência. É melhor instalar resistores R1, R2 com potência de pelo menos 2W. Os diodos de alta frequência VD4, VD5 podem ser substituídos por HER202, HER303 (FR202.303).
Para alimentar o dispositivo, é adequada uma fonte de alimentação não estabilizada com tensão de 24-36V e potência de 400-600W. Eu uso um transformador OSM-1 (potência total de 1 kW) com enrolamento secundário rebobinado de 36V.
O arco elétrico é aceso a uma distância de 2 a 3 mm entre os terminais do enrolamento de alta tensão, o que corresponde aproximadamente a uma tensão de 6 a 9 kV. O arco acaba sendo quente, grosso e se estende até 10 cm. Quanto mais longo o arco, maior será a corrente consumida da fonte de energia. No meu caso, a corrente máxima atingiu 12-13A com uma tensão de alimentação de 36V. Para obter tais resultados, é necessária uma fonte de energia poderosa, neste caso isso é de primordial importância.
Para maior clareza fiz uma “escada de Jacob” com dois fios grossos de cobre, na parte inferior a distância entre os condutores é de 2 mm, isso é necessário para que ocorra uma pane elétrica, acima os condutores divergem, obtém-se a letra “V” , um arco se acende na parte inferior, aquece e sobe, onde se interrompe. Além disso, instalei uma pequena vela sob o ponto de aproximação máxima dos condutores para facilitar a ocorrência de quebras. O vídeo abaixo demonstra o processo de movimento do arco ao longo dos condutores.
Usando o dispositivo, você pode observar uma descarga corona que ocorre em um campo altamente heterogêneo. Para isso, recortei letras do papel alumínio e compus a frase Radiolaba, colocando-as entre duas placas de vidro, e adicionalmente coloquei um fino fio de cobre para contato elétrico de todas as letras. A seguir, as placas são colocadas sobre uma folha de papel alumínio, que é conectada a um dos terminais do enrolamento de alta tensão, o segundo terminal é conectado às letras, como resultado, um brilho violeta-azulado aparece ao redor das letras e aparece um forte cheiro de ozônio. O corte da folha é nítido, o que contribui para a formação de um campo nitidamente heterogêneo, resultando em uma descarga corona.
Quando um dos terminais do enrolamento é aproximado de uma lâmpada economizadora de energia, você pode ver um brilho irregular da lâmpada; aqui o campo elétrico ao redor do terminal causa o movimento dos elétrons no bulbo cheio de gás da lâmpada. Os elétrons, por sua vez, bombardeiam os átomos e os transferem para estados excitados; na transição para o estado normal, a luz é emitida.
A única desvantagem do dispositivo é a saturação do circuito magnético do transformador horizontal e seu forte aquecimento. Os demais elementos esquentam um pouco, até os transistores esquentam um pouco, o que é uma vantagem importante, porém é melhor instalá-los em um dissipador de calor. Acho que até um radioamador novato, se desejar, será capaz de montar esse autooscilador e realizar experimentos com alta tensão.
